Жива речовина і її роль в біосфері. Жива речовина (ЖР) перетворює енергію сонячних променів в потенційну, а потім - в кінетичну енергію біохімічних процесів

Жива речовина (ЖР) перетворює енергію сонячних променів в потенційну, а потім - в кінетичну енергію біохімічних процесів.

Як вважають К.М. Ситник та С.П. Вассер (1992) жива речовина БС утворює 1447609 видів живих організмів; на думку інших дослідників - до 80 - 90 млн. видів. Повнота виявлення живих організмів неоднакова в різних царствах; види судинних рослин виявлені на 80%, мохів на 70%, водоростей на 50%, грибів на 1-10%, членистоногих на 3-20%, монер на 15-20% і вірусів на 5%.

За останніми оцінками ЖР складає 18 • 10" тонн [9]. Фітомаса в 2,5 тисячі разів перевищує зоомасу, в той час як видова диференціація тварин у 6 раз більша ніж у рослин. Якщо б ЖР розмістити рівномірно на поверхні Землі, то вона утворила б плівку товщиною всього лише 5 мм. Однак, жива речовина надто нерівномірно розподілена в різних частинах БС і відіграє величезну роль в планетарних процесах. Це знайшло відображення в трудах В.І. Вернадського в області біогеохімії, які набули практичного значення у наш час, бо є прикладною частиною учення про БС.

Сукупність і біомаса живих організмів в БС, або сукупність організмів усієї БС або будь-якої її частини, які виражаються в одиницях маси, енергії та інформації, слідом за В.І. Вернадським звичайно називають «живою речовиною». Зважаючи на такий підхід, роль ЖР у земній корі та на її поверхні уявляється у зовсім іншому вигляді. Як відзначав В.]. Вернадський, на земній поверхні немає хімічної сили, більш постійно діючої, а тому більш потужної за кінцевими наслідками, ніж жива речовина (див. 4.2). «Жива речовина за вагою складає зовсім малу частину планети. Певно, це спостерігається протягом усього геологічного часу, тобто геологічне вічне». «Людство, як жива речовина, нерозривно пов'язане з матеріально-енергетичними процесами визначеної оболонки Землі - з її біосферою. Воно не здатне фізично бути від неї незалежним ні на одну хвилину», - писав В.І. Вернадський. Ці ідеї В.І. Вернадського лягли в основу біогеохімії, в основу учення про біосферу, які є теоретичною основою вивчення й охорони довкілля. До робіт В.І. Вернадського роль ЖР недооцінювалася, тому що маса її складає зовсім малу частину порівняно із масою інших складових БС. Великий норвезький учений, один із основоположників геохімії, В.М. Гольдшміт (1887-1947) наводив таке образне порівняння: якщо літосферу (земну кору) уявити у вигляді кам'яної чаші вагою 13 фунтів, уся гідросфера, яку розміщено у цій «чаші», мала б вагу 1 фунт (0,4536 кг), маса атмосфери відповідала б вазі мідної монети, а маса ЖР - вазі поштової марки. Але, не дивлячись на незначну масу ЖР, на відміну від гірських порід - це дуже активна маса у хімічному відношенні. Крім того, це «діюча» маса, яка постійно відтворюється. За даними 0.1. Перельмана [20] та інших дослідників за час еволюції БС загальна маса ЖР набагато перевищила її неорганічну масу, тобто масу літосфери і гідросфери. В.1. Вернадський масу ЖР оцінював в 10 т, однак ІЇ.І. Базільович (1971) уточнив цю величину (табл. 4.1).

Таблиця 4.1

Біомаса організмів Землі

Елементний склад ЖР відрізняється великою різноманітністю, але із великого числа (стабільних - 92) хімічних елементів домінують (% від ваги): О - 70%, С - 18%, Н - 10,5%, Са - 0,5%, N- 0,3%, К - 0,3%, Р -0,07%, S - 0,05%, Мg - 0,04%, Si, Na. Сl - по 0,02%, Fе - 0,01%. На долю О, С та Н припадає 98,5%. Перелічені елементи відносяться до макроелементів. Крім того, до складу ЖР входять іще мікроелементи (Си, Мп, Zп, V, Мо, Со та інші) і ультрамікроелемелти (U, Оs та інші).

Серед мікроелементів розрізняють дві основні групи: 1) які приймають участь в процесах клітинного метаболізму (Си, Zп, Со, Мп, Fе тощо); 2) які не приймають участь в процесах клітинного метаболізму (Нg, Sп, РЬ, Ni, АІ, Сd, Sr тощо). Хімічні елементи першої групи необхідні для життєдіяльності людини, а другої - являються токсикантами. Деякі органи накопичують мікроелементи селективне (Сd, Нg, Мп - в нирках, Sп — в кишкових тканинах, V - в волоссях і нігтях тощо).

Серед хімічних сполук перше місце в складі ЖР займає вода. Так, у медузи тіло містить 96% води, а маса тіла людини на 60-65% складається з води. Кількість хімічних сполук, що складаються із типових біогенних елементів (О, С, Н, N. S, Р) надзвичайно велика, але серед них можна виділити основні класи органічних сполук: вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти. Наприклад, у рослинах переважають вуглеводи, а в тваринах - білки.

Біоіндикатори — це група особин одного виду або угруповання, наявність, кількість або інтенсивність розвитку яких у тому чи іншому середовищі е показником певних природних процесів або умов зовнішнього середовища. Як правило, це стенобіонтні види, однак у ролі індикатора забруднення могуть середовища виступати і еврибіонті види (наприклад, сосна звичайна є надзвичайно чутливою до техногенних забруднень, а також індикатором рекреаційної дигресії лісу). Концепція біоіндикації базується на адекватному відбитті живим організмом умов середовища, в яких він розвивається і на зміну яких він відповідним чином реагує. Спорові рослини, передусім лишайники й мохи, як організми, що безпосередньо залежать від факторів оточуючого середовища, з найбільшим успіхом використовуються в біоіндикації. Використання лишайників у якості індикаторів стану довкілля називається ліхеноіндикація, а використання мохів - бріоіндикація [7].

Кожний вид фіто- і зооценозу має свій хімічний склад. Це такий же видовий показник, як морфологія або біогеографічна зональність. Організми мають вибіркову здатність накопичувати хімічні елементи. Концентрації елементів у різних видах одного і того ж біоценозу різні. Наприклад, бурі водорості акумулюють / в концентраціях в 1000 разів більших, ніж інші компоненти біоценозу, синьо-зелені водорості активніше акумулюють U. Р і т.д. Викопні утворення біогенного генезису (каустобіоліти) часто збагачені означеними елементами (вугілля - Gе, нафти - V та Ni, горючі сланці - Р та U і т.д.). Живі організми звичайно накопичують лише ті елементи, які потрібні їм для функціонування. З іншого боку, живі організми пристосовуються до різного хімічного складу середовища і можуть перенести підвищені концентрації тих хімічних елементів, які зустрічаються вище за фонові концентрації. Але при цьому відзначаються зміни у живих організмах. Токсичними є Нg, Сd, Rа, U та ін., менш токсичним є Fе²⁺ порівняно із тривалентним і т.д. Деякі організми пристосувалися існувати в умовах, згубних для інших організмів (рослини-галофіти можуть жити на перенасичених солями грунтах, синьо-зелені водорості розвиваються іще бурхливіше в умовах радіоактивного зараження і т.д.). Здатність деяких рослин і тварин до вибіркової акумуляції великої кількості елементів із оточуючих природних середовищ (грунтів, підгрунтів, вод, інколи повітря) дозволяє розглядати їх як біогеохімічні індикатори. Методи індикаційної біогеохімії широко застосовуються при вирішенні питань біогеографії, при пошуках родовищ деяких металевих і неметалевих корисних копалин (солей, руд та ін.), при контролюванні стану навколишнього середовища (наприклад, лишайники є індикаторами забруднення атмосферного повітря N0₂ та SO₂, певні види зникають при високих концентраціях цих шкідливих домішок в повітрі). Геоботанічні індикатори використовуються при вивченні фунтів, рельєфу, схилових процесів, селів, при пошуках ґрунтових вод в аридних районах і т.д. Мідії пропускають через себе велику кількість води (близько 50 л на добу). Колонія мідій на 1 м² здатна за добу очистити 200 м³ морських і солоних стічних вод. Якщо вода водоймища чиста, то вони пропускають багато води, якщо забруднена, то вони «стискуються» і пропускають меншу кількість води, тобто міра відкритості стулок корелює з мірою забрудненості водних об'єктів.

В. І. Вернадський уперше відзначив величезну роль ЖР в геохімічних процесах. Міграція хімічних елементів в БС відбувається при безпосередній участі живої речовини (біогенна міграція) або при її непрямій участі. Це положення 0.1. Перельман запропонував іменувати законом Вернадського.